抗滑樁設計方法與發(fā)展前景

(重慶交通大學 重慶 400074)

一、引言

抗滑樁加固滑坡的有效性，使抗滑樁成為治理滑坡災害的主流工程措施，隨著我國西部大開發(fā)以及加快基礎設施建設，在土木工程滑坡治理中，抗滑樁被廣泛采用。

抗滑樁主要的設計方法是采用傳遞系數(shù)法和極限平衡法等，計算每塊滑體處的剩余下滑力，根據(jù)計算每塊滑體的剩余下滑力再結合工程實際情況，找出抗滑樁最佳的設置位置，再確定抗滑樁間距計算每個抗滑樁所需承擔的推力，就可以對抗滑樁的截面和錨固深度進行設計，因為其簡單的力學方法和成功的工程應用，使其成為抗滑樁的主流設計方法。這種設計方法是將抗滑樁和滑體分開考慮的，另一種方法是將抗滑樁和滑體看成相互作用的整體體系，樁間產(chǎn)生土拱效應，抗滑樁為樁間土提供支撐，共同受力。

二、研究進展

(一)抗滑樁所受推力大小。滑坡推力的計算是抗滑樁設計內容的第一步，也是最重要的內容之一，直接決定了樁的后續(xù)設計，如抗滑樁設置位置及每延米滑體的剩余下滑力、樁的截面等。潘家錚(1980年)[1]提出在邊坡原始情況使用傳遞系數(shù)法計算在天然的情況下每塊滑塊的剩余下滑力，再計算設計安全系數(shù)每塊滑塊的剩余下滑力，后者減去前者就可以得到抗滑樁在每塊滑塊處所承受的滑坡推力值，這種方法忽略了巖土體的自身承載能力，計算偏于保守。

林峰、黃潤秋(2000年)[2]認為傳遞系數(shù)法只考慮了滑塊的移動趨勢，卻沒有考慮到滑塊中存在的力矩平衡，存在不足之處，改進Janbu法使設計更加合理。程建軍[3]等研究表明了有限元法計算滑塊推力結果，相對于之前的方法更加合理，應該推廣使用。雷達(2015年)[4]得出了有限元法和傳遞系數(shù)法相比，設計推力變化趨勢一致，但是有限元法計算結果小于傳遞系數(shù)法的結果。在設計時多數(shù)采用傳遞系數(shù)法計算滑坡推力，由此可以得出現(xiàn)階段設計抗滑樁偏于保守。

(二)抗滑樁的布置位置。抗滑樁的布置在滑坡的位置間接影響了抗滑樁需承擔的推力大小，進而影響到抗滑樁間距、截面、配筋等設計，因此抗滑樁布置在滑體中的位置也很重要。賀建清、張家生(1999年)[5]認為抗滑樁應該設置在上設計剩余推力值與下設計剩余推力值差值最小處。這種方法雖然使抗滑樁所受推力減到了最小，樁身的彎矩和剪力也相對較小，節(jié)省了工程造價，但是可能會發(fā)生樁后土體繞過樁頂滑出，有安全隱患。楊斌(2014年)[6]將抗滑樁分別設置于滑坡的前緣、中部和后緣，抗滑樁布置在滑坡中部穩(wěn)定性最大，布置在滑坡后緣穩(wěn)定性最小。如果抗滑樁布置于滑坡中部，樁身將承受最大彎矩和剪力，工程造價將會增多，布置于滑坡后緣，樁身后的土體將得不到治理。因此，合理的樁位布置需要結合實際情況來確定，對不同的滑坡進行分析每個樁位滑坡的穩(wěn)定系數(shù)，結合工程造價等諸多因素。

(三)樁身內力計算。將抗滑樁受力段與錨固段分開計算，受力段視為懸臂樁計算內力，錨固段按地基梁計算。一般認為，受力段的推力分布呈三角形、矩形或梯形分布三種情況。林峰、黃潤秋(2000年)[2]則認為真正的散體呈三角形分布，巖石滑坡按矩形分布，沉積年代已久的土體呈梯形分布。

抗滑樁受到滑坡產(chǎn)生的推力之后，會將力傳遞給錨固段的巖土體，使錨固段的巖土體發(fā)生形變，從而提供彈性抗力，使樁不僅在水平方向受力平衡，且受到的力矩也要平衡。按彈性地基梁計算錨固段的抗滑樁內力，可根據(jù)錨固段的巖土體不同，分為“m法”、“K法”和“c法”，“m法”適用于地基抗力系數(shù)呈線性增長的土體，“K法”適用于地基抗力系數(shù)不變的巖體，“c法”適用于地基抗力系數(shù)呈拋物線增長的土體。實際上樁內力計算方法的選取，應該充分考慮在不同地址環(huán)境下樁自身變形情況，可選取它們的組合方法，如“m-K法”和“c-K法”等。

(四)合理的樁間距。對于抗滑樁的樁間距，目前還沒有相對成熟的方法來計算，都是憑著經(jīng)驗來控制，如果樁間距設置過大，可能會導致部分滑體沒有得到加固，整體穩(wěn)定性不夠，樁間距設置過小，工程造價又會增加。合理的樁間距不僅能夠增強巖土體之間的土拱效應，滿足整體穩(wěn)定性，而且經(jīng)濟適用。通常情況下，當滑體完整、密實或者滑坡推力較小的時候，樁間距可適當取大些，反之則反；對于滑體厚點的部位樁間距應取小一些，滑體薄點的部位可取大一些。有時候還需要考慮地下水、雨水和地表水對抗滑樁樁間土穩(wěn)定的影響。

(五)錨固深度的確定。對于抗滑樁樁身嵌入錨固段多長一直沒有一個成熟的理論，都是根據(jù)經(jīng)驗來初步確定，如對土層或軟質巖約為樁長的1/3至1/2，對于較堅硬或完整性較高的巖石約為樁長的1/4至1/3[7]。然后根據(jù)錨固段的巖土體地基抗力系數(shù)的變化規(guī)律，選取較合適的計算方法，計算出錨固段內樁側的抗力，抗力的大小應該小于樁側土容許抗力。樁的撓度有正有負，比較時應該用絕對值，如果抗力過大，則應該加長錨固段的樁長，抗力偏小則應減小錨固段樁長，直到滿足一定的數(shù)值差值，這樣設計的抗滑樁不僅滿足滑坡穩(wěn)定要求，而且經(jīng)濟適用。

(六)發(fā)展前景。抗滑樁作為治理滑坡的最有效的方法之一，已經(jīng)在國內外工程中廣泛的運用，隨著我國基礎設施建設的迅速發(fā)展，山區(qū)新建的鐵路與公路工程不斷增加，特別是高速公路和高速鐵路的大量修建，會涌現(xiàn)出大量需要治理的滑坡，邊坡工程的安全性也提出了更高的要求，迫切需要抗滑樁在理論設計與施工建設方面有新的突破。縱觀已有的抗滑樁設計方法，無論是作用于樁身的荷載，還是樁身受荷段的滑坡推力分布形式等都沒能完全的解決實際問題，理論模型，計算參數(shù)還有計算方法都需要進一步的深入研究。同時，由于現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，抗滑樁將來的設計方法更多的會利用計算機軟件，從系統(tǒng)的角度全面分析滑坡的穩(wěn)定性，設計會比現(xiàn)在安全和經(jīng)濟。

抗滑樁目前的類型較簡單，在今后的抗滑樁結構將會更加復雜，以滿足不同滑坡的治理要求。在某些滑坡地段地勢較險峻，無法用機械施工，抗滑樁的開挖都是人工開挖，開挖速度慢，很多工人的安全意識不是很強，安全隱患較大，但是人工開挖的成孔質量較高；而使用機械開挖的抗滑樁雖然速度快，但是往往不好控制成孔質量，經(jīng)常會引起孔壁塌落甚至破壞滑體導致滑坡失穩(wěn)。科學技術迅速發(fā)展，在不久的將來，將會有更加靈活的機械設備應用在工程中，抗滑樁的施工會變得更安全。

三、結論

滑坡治理是一項影響因素諸多的工程，抗滑樁設計中存在的諸多弊端和使用條件，說明了抗滑樁的研究任務任重而道遠。而在我們已有的設計方法應用中應重視工程地質勘察，根據(jù)資料認真分析滑坡中的斷面形式和土體性質，周密考慮各方面的因素，選擇較合適的方法計算滑坡推力和內力計算等，抗滑樁設計理念的突破，將對滑坡治理工程實際具有重要的意義。

【參考文獻】

[1]潘家錚.建筑物的抗滑穩(wěn)定和滑坡分析[M].北京：水利出版社,1980.

[2]林峰,黃潤秋.滑坡推力計算的改進Janbu法[J].工程地質學報,2000,08(04):493-496.

[3]程建軍,廖小平,王浩,等.滑坡推力計算方法的對于研究與應用[J].水文地質工程地質,2008(1):44-47.

[4]雷達,蔣關魯,等.抗滑樁設計推力計算的有限元方法[J].鐵道建筑,2015,(7):89-91.

[5]賀建清,張家生,梅松華.彈性抗滑樁設計中幾個問題的探討[J].巖石力學與工程學報,1999,18(5):600-602.